天然多酚化合物在急性肺损伤的治疗潜力

徐宸桢，李 宁，耿 庆

(武汉大学人民医院胸外科，湖北 武汉 430060)

急性肺损伤(acute lung injury，ALI)是一种以肺上皮细胞和内皮细胞损伤为病理特征、以氧合障碍和呼吸窘迫为主要临床表现的严重肺部疾病，进一步加重可发展为急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)。病毒或细菌引起的严重感染、休克、急性胰腺炎和机械通气等是ALI常见病因。ALI/ARDS在临床上高达30%～50%的住院死亡率，以及新型冠状病毒肺炎(COVID-19)在全球肆虐的大背景下，寻找针对ALI的有效治疗药物已成为目前亟待解决的问题[1]。临床上，ALI/ARDS的治疗策略仍以机械通气和液体管理为主，然而过度呼吸机通气导致的肺泡壁损伤及机械通气相关性肺损伤(ventilator induced lung injury，VILI)可能导致肺损伤程度加重。药物治疗包括糖皮质激素、肺血管扩张剂、他汀类药物等，尽管能够对ALI起到一定治疗效果，但由于存在不同程度的毒副作用和有限的治疗受益，而限制了在临床的应用。

天然多酚化合物是一类来源于植物的天然产物，大部分存在于水果、蔬菜、绿茶和谷物中。天然多酚以苯环为结构基础，根据苯环上取代基团的不同分为黄酮类和非黄酮类。黄酮类通常包含由两个苯环通过三碳链相连所组成的C6-C3-C6结构，而非黄酮类不具备C6-C3-C6结构，却含有一个或多个酚基。不同的天然多酚由于结构上的不同，在生物利用度和代谢速率方面也存在差异[2]。天然多酚化合物广泛存在于人类的日常食物中，具有减轻炎症反应、抗氧化应激、抑制细胞死亡的药理特征，在肿瘤、糖尿病、肥胖等疾病中展现出治疗潜力。近些年来，天然多酚在ALI中的潜在治疗作用已得到证实，本文将综合国内外文献对天然多酚化合物在ALI防治中的作用和机制进行综述，旨在为ALI的治疗提供新思路。

1 ALI的发病机制

1.1 炎症、氧化应激及屏障损伤传统观点认为，ALI是由炎症反应失控、氧化应激损伤以及肺泡-毛细血管屏障完整性受损引起的一种严重的肺部疾病，肺泡水肿以及透明膜形成是其主要病理特征[1]。炎症反应的失衡被认为是ALI过程中的重要起始因素。外源性和(或)内源性刺激启动炎症细胞(中性粒细胞、巨噬细胞等)的炎症信号级联反应并释放多种炎性细胞因子[3]。炎性细胞因子，如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)、白细胞介素-8(interleukin-8，IL-8)等，一方面延续并加剧炎症反应，另一方面能够破坏肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞，而后者正是肺泡完整性的基础。随着肺泡-毛细血管屏障通透性增加，大量白细胞以及富含蛋白质的水肿液在肺泡腔内聚集，其内的活性氧(reactive oxygen species，ROS)和蛋白酶等诱导炎性细胞因子释放并加重肺泡结构的损伤[1]。

1.2 调节性细胞死亡随着人们对ALI研究的深入，除细胞凋亡外，一些新型的调节性细胞死亡(regulated cell death，RCD)方式，如细胞焦亡、铁死亡、自噬和中性粒细胞胞外诱捕网，被证明也参与ALI的发生和发展。

caspase酶是一种半胱氨酸依赖的天冬氨酸蛋白水解酶，与细胞生长、分化、死亡以及炎症息息相关。炎性caspase酶(caspase-1、4、5、11、12)介导的细胞炎症性死亡被称为细胞焦亡，后者在ALI发病机制中起重要作用。生理状态下，细胞焦亡，特别是巨噬细胞的焦亡，是一种重要的天然免疫反应，在机体防御中发挥重要作用。然而在ALI环境下，细胞焦亡的异常激活，并往往伴随IL-1β和IL-18过度释放，加重体内炎症反应以及内皮屏障功能障碍。此外，抑制巨噬细胞NLRP3炎性小体的活化和(或)肺内皮细胞焦亡也已被证明是ALI的新治疗靶点[4]。

铁死亡是一种铁依赖性的细胞死亡，其核心是发生脂质过氧化。生理状态下，肺内的铁代谢处于一种动态平衡的稳态；病理状态下，铁离子异常累积，通过Fenton反应导致ROS形成和线粒体功能障碍，并最终通过铁死亡促进ALI的发展[5]。中性粒细胞在面对病原体入侵的时候会释放一种主要由DNA和组蛋白构成的网状结构以捕获并杀灭病原体，该结构被称为中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular trap，NET)。然而，过量的NETs释放不仅可能直接损伤肺泡上皮细胞和血管内皮细胞，还可以通过促进炎性细胞因子释放、引起凝血功能异常等加重肺损伤[1]。自噬是一种将自身受损的蛋白质和细胞器降解并回收的生理过程，对细胞稳态具有重要意义，并且细胞可通过加速自噬以应对外界压力。在外界刺激下发生的由自噬或自噬分子介导的细胞死亡被称为自噬依赖性细胞死亡，是一种独立于细胞凋亡、坏死性凋亡的RCD。此外，自噬对其他RCD相关蛋白的选择性降解也同样会导致细胞死亡。在ALI中，自噬的作用仍然存在争议，导致保护性抑或是破坏性的结局可能与ALI的诱因、细胞类型和ALI阶段有关[6-7]。比如，在脓毒症诱导的ALI模型中自噬标志物显著增加，敲除自噬相关基因后小鼠的炎症水平和死亡率增加；而在机械通气诱导的ALI中则恰恰相反，应用自噬抑制剂可以改善肺损伤进展。

实际上，各种不同类型的RCD在ALI过程中并不是各自独立的，同一种刺激在引起不同RCD的同时，各种RCD之间也存在相互串扰[8]。此外，RCD与炎症和氧化应激之间的相互作用同样也是ALI进展的重要原因。

2 天然多酚化合物治疗ALI的作用机制

天然多酚化合物由于其在体内和体外具有抗炎和抗氧化应激作用，使其在ALI的治疗中发挥重要作用。随着研究的深入，天然多酚化合物治疗ALI的作用机制也逐渐浮出水面。在这里，我们总结并归纳了它们对ALI的治疗作用及其作用机制，见Fig 1。

2.1 抑制炎症反应肺部的炎症是被认为是ALI发病的核心机制，大量中性粒细胞涌入肺组织以及各种促炎性细胞因子的释放对肺泡上皮细胞和血管内皮细胞造成损害，导致肺泡-毛细血管屏障通透性增加以及肺水肿。涉及到机制包括PI3K/Akt/mTOR通路、p38MAPK/ERK通路、TLR/MyD88/NF-κB通路和STAT3信号通路[9]。

研究表明，在LPS诱导的小鼠ALI模型中，200 mg·kg-1黄芩苷治疗能够明显降低小鼠肺泡灌洗液中性粒细胞浸润水平和细胞因子水平，表现为肺泡灌洗液的中性粒细胞计数和TNF-α、IL-6、IL-1β水平明显降低，明显改善了小鼠肺损伤评分[10]。该机制是通过作用于Toll样受体-4(Toll-like receptors 4，TLR4)和(或)磷脂酰肌醇3激酶/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(PI3K/AKT)途径阻止NF-κB的表达发挥抗炎的作用[11，12]。也有证据表明，50 mg·kg-1的染料木素腹腔注射能够改善小鼠的肺组织炎症反应、抑制中性粒细胞的流入并减轻肺水肿[13]。巨噬细胞炎性蛋白-2(macrophage inflammatory protein-2，MIP-2)是由巨噬细胞释放的一种中性粒细胞趋化因子，IL-18是介导炎症反应的重要细胞因子，二者在脓毒症诱导的ALI肺组织中显著升高。Wang等[14]的研究发现，白藜芦醇处理后能够显著降低肺泡灌洗液中的MIP-2和IL-18的水平，抑制肺组织中炎症细胞的浸润并减轻肺水肿。和厚朴酚是中药厚朴的重要活性成分，能够抑制TNF-α、IL-6、HMGB1的表达，改善LPS诱导肺损伤并提高ALI小鼠的存活率。另外，木犀草素同样被发现在ALI中具有很好的抗炎效果，其作用机制涉及PI3K/Akt介导的NF-κB和MAPK信号通路[15]。

2.2 抗氧化应激活性氧(ROS)是氧代谢的副产物，机体内ROS的平衡主要与氧化酶(NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶、诱导型一氧化氮合酶)和抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化氢酶(GPx)的水平相关。生理状况下，低水平的ROS参与细胞信号转导以及维持细胞正常生理代谢的过程。在ALI中，过量的ROS超出了抗氧化剂的清除能力，导致氧化应激并破坏肺泡-毛细血管屏障的完整性[10]。越来越多的研究证明，天然多酚化合物的抗氧作用是治疗ALI的有效机制。

Fig 1 Potential mechanism of natural polyphenols on ALINatural polyphenols treat ALI mainly by the capacity of anti-inflammatory，anti-oxidant，regulating cell death，and anti-pathogen infection.

在LPS诱导的小鼠ALI模型中，黄芩苷预处理能够恢复抗氧化酶SOD和CAT的活性并减少脂质过氧化产物丙二醛(MDA)的水平，改善肺组织氧化应激水平，该过程涉及核因子红系衍生样2/血红素加氧酶1(Nrf2/HO-1)通路的上调[10]。檞皮素被认为是治疗ALI的有效药物，能够抑制中性粒细胞流入并恢复SOD、CAT和GPx的活性，降低肺泡灌洗液的蛋白水平并减轻肺水肿[16]。单宁是天然存在的一类多酚化合物，根据其结构特征可分为没食子单宁、鞣花酸单宁和缩合单宁。其中，单宁酸、没食子酸、鞣花酸、绿原酸和儿茶素对过氧化氢、羟自由基和超氧自由基均具有显著的清除活性。此外，单宁酸还能够减轻百草枯处理的小鼠的肺部脂质过氧化[17]。

2.3 调节细胞死亡肺泡巨噬细胞焦亡被认为在ALI的发生发展中起重要作用。Li等[18]的研究证明，黄岑苷在体外能够剂量依赖的抑制三磷酸腺苷(ATP)或尼日利亚菌素诱导的巨噬细胞焦亡，这是由于黄岑苷能通过激活蛋白激酶A(PKA)信号通路抑制NLRP3炎性小体的活化。在大肠杆菌腹膜内注射诱导的小鼠脓毒血症模型中，黄岑苷预处理能够降低小鼠血清中IL-1β水平，提高小鼠的生存率，且治疗效果与剂量呈正相关。芒果苷是一种存在于芒果及其不同部位的天然多酚，在LPS诱导的小鼠ALI模型中，以100 mg·kg-1灌胃给药处理的芒果苷能够通过阻断p65和p50的核转位抑制巨噬细胞NLRP3炎性小体的激活，降低肺组织中IL-1β和IL-18的水平，并改善小鼠肺组织的病理损伤[19]。

最近的一项研究表明，檞皮素被认为是铁死亡的有效抑制剂，可以通过靶向ATF3抑制铁死亡，阻止巨噬细胞募集并缓解炎症，在急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)中发挥保护作用[20]。在香烟烟雾(CS)诱导的大鼠模型中，姜黄素治疗能够恢复谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)和溶质载体家族7活性并降低丙二醇和组织铁的水平，抑制铁死亡并减轻肺上皮细胞损伤[21]。天然多酚化合物对铁死亡的靶向抑制或许是ALI的潜在治疗靶点，这仍需更多的实验以证明。

Yang等[22]的研究发现，LPS处理的小鼠肺巨噬细胞中自噬标志物LC3-Ⅱ水平升高，自噬增加，而后者参与LPS诱导的巨噬细胞凋亡；白藜芦醇治疗能够通过阻断自噬抑制LPS诱导的巨噬细胞凋亡，改善小鼠的肺损伤程度。在肺炎支原体诱导小鼠模型中，自噬相关蛋白LC3-Ⅱ和Beclin-1表达增加而p62表达减少，提示自噬参与了支原体诱导的肺损伤过程。柚皮素治疗能够减少肺组织内自噬体的形成并逆转自噬相关蛋白的表达，改善支原体介导的肺部炎症，表现为减少炎性细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)和转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)的表达[23]。有趣的是，柚皮素在下调自噬的同时，也表现出对PI3K/AKT通路的抑制，而后者介导哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的激活是经典的自噬负调控通路[24]。这似乎是一个相反的结论，我们猜想这可能是刺激的差异或不同自噬通路串扰的结果，这需要进一步的研究证实其中的机制。

2.4 抗病原体感染细菌或者是病毒等病原体入侵导致的肺部严重感染是ALI的常见病因，而ALI患者同时又易并发肺部感染，二者相互促进最终导致病情进展。天然多酚化合物被证明能够抑制病原体的感染，在阻止这种恶性循环、治疗ALI的过程中发挥重要作用。

肺炎球菌溶血素(PLY)是肺炎链球菌的主要毒力因子，在肺炎链球菌的感染过程中发挥促进作用。Lv等[25]发现，檞皮素在体外能够下调PLY的毒性并抑制PLY介导的细胞损伤，同时在体内可以减轻肺炎链球菌感染小鼠肺组织的病理损伤并提高存活率。金黄色葡萄球菌感染过程中产生的葡萄球菌肠毒素B(SEB)是一种超抗原，呼吸道吸入后会引发强烈的免疫反应和呼吸衰竭。Alghetaa等[26]发现，白藜芦醇能通过靶向miR-193a上调TGF-β和DR6的表达水平，减轻SEB介导的ALI。另外，人们发现柚皮素虽然不能够直接杀灭金黄色葡萄球菌，但能剂量依赖性地抑制金黄色葡萄球菌外毒素α-毒素的表达，并在小鼠体内减轻后者介导的肺上皮细胞损伤和肺部炎症水平[27]。

新型冠状病毒肺炎COVID-19是由严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)感染引起的呼吸系统疾病，已在全世界造成大规模流行，重型患者常在病毒性肺炎的基础上快速进展为ALI/ARDS。Xia等[28]在一项包含76人的临床试验中发现，檞皮素作为疏风解毒胶囊的主要抗病毒成分，能够缩短COVID-19患者病程，这可能是由于檞皮素在发挥抗炎抗氧化作用的同时，通过靶向SARS-CoV-2蛋白酶减轻COVID-19引起的肺损伤[29]。此外，在呼吸道合胞病毒、甲型流感病毒、人冠状病毒等呼吸道病毒感染的动物模型中，白藜芦醇能通过抑制病毒复制或调节机体免疫反应，对多种呼吸道病毒感染产生抵御作用[30]。

3 总结与展望

天然多酚化合物作为广泛存在于人类日常食物中的天然产物，具有药食同源、廉价易得、自然界广泛存在以及不良反应轻微的优势。多年以来，大量细胞和动物实验证实了天然多酚化合物在ALI治疗方面的潜力，其药用价值也已得到广泛认可。天然多酚具有多靶点、多途径的特点，能够从抗炎、抗氧化、调节细胞死亡、抗病原体感染等方面对ALI的治疗产生积极影响。虽然，目前关于天然多酚化合物治疗ALI的研究已明确其作用机制，但大部分研究仍停留在细胞和动物层面，缺乏相关临床数据的支持。并且临床上ALI患者病因及病情的复杂程度远高于动物层面上的研究。因此，未来的研究必须要回归到ALI患者身上，仍需大规模临床试验以评估天然多酚在ALI患者上的疗效。

总而言之，本文总结了近年来天然多酚化合物在ALI治疗的研究进展，为今后ALI治疗药物的研发工作提供新思路。